JP2024047987A - Method for producing useful components derived from lignin - Google Patents

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Abstract

【課題】リグニンを含む植物系バイオマスを含有する原料から、効率よく有効成分を製造する方法を提供すること。【解決手段】(1)水と、脂肪族アルコール、ケトン及び環状エーテルからなる群より選ばれる有機溶媒との混合溶媒中で、植物系バイオマスを含有する原料を下記条件の下で処理して可溶化リグニンを得る可溶化工程と、条件A:該原料の該溶媒に対する仕込み濃度が1質量%以上20質量%以下である条件B:抽出温度が100℃以上350℃以下である条件C:抽出時間が0.1時間以上10時間以下である(2)可溶化リグニンが含まれる有機相を分液する第1分液工程と、(3)該有機相にアルカリ金属又はアルカリ土類金属の水酸化物水溶液を加え可溶化リグニンを水溶化する水溶化工程と、(4)水溶化された可溶化リグニンを含む水相を分液する第2分液工程と、を備えるリグニン由来の有用成分の製造方法。【選択図】なし[Problem] To provide a method for efficiently producing an active ingredient from a raw material containing plant biomass containing lignin. [Solution] A method for producing a useful ingredient derived from lignin, comprising: (1) a solubilization step of treating a raw material containing plant biomass in a mixed solvent of water and an organic solvent selected from the group consisting of aliphatic alcohols, ketones, and cyclic ethers under the following conditions to obtain solubilized lignin; condition A: the concentration of the raw material charged to the solvent is 1% by mass or more and 20% by mass or less; condition B: the extraction temperature is 100°C or more and 350°C or less; condition C: the extraction time is 0.1 hours or more and 10 hours or less; (2) a first separation step of separating an organic phase containing the solubilized lignin; (3) a water-solubilization step of adding an aqueous solution of an alkali metal or alkaline earth metal hydroxide to the organic phase to water-solubilize the solubilized lignin; and (4) a second separation step of separating an aqueous phase containing the water-solubilized solubilized lignin. [Selected Figure] None

Description

本発明は、リグニン由来の有用成分の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing useful components derived from lignin.

リグニンは、植物細胞壁の主要構成成分の1つで、芳香環を構成ユニットとする天然ポリマーである。そのため、リグニンを構成モノマーに分解することで、フェノール類等の有用成分が得られる。得られたフェノール誘導体等は、例えば機能性の高い芳香族ポリマーのモノマー中間体として利用することができる。 Lignin is one of the main components of plant cell walls and is a natural polymer whose constituent units are aromatic rings. Therefore, useful components such as phenols can be obtained by breaking down lignin into its constituent monomers. The obtained phenol derivatives can be used, for example, as monomer intermediates for highly functional aromatic polymers.

リグニン由来の有用成分の製造方法の1つとして、有機溶媒を用いたオルガノソルブ処理が検討されている。例えば、本発明者等は、水と1-ブタノール溶媒等の脂肪族アルコールとの混合溶媒による2相系のオルガノソルブ処理を開発してきた(例えば特許文献1参照)。本法では、処理温度において、水相と脂肪族アルコール相に分離するため、可溶化リグニン(リグニン分解物)を脂肪族アルコール相に選択的に回収できる。 As one method for producing useful components derived from lignin, organosolv treatment using an organic solvent has been considered. For example, the present inventors have developed a two-phase organosolv treatment using a mixed solvent of water and an aliphatic alcohol such as 1-butanol (see, for example, Patent Document 1). In this method, the mixture is separated into an aqueous phase and an aliphatic alcohol phase at the treatment temperature, so that solubilized lignin (lignin decomposition product) can be selectively recovered in the aliphatic alcohol phase.

特許第6344724号Patent No. 6344724

ところで、特許文献1では、脂肪族アルコール相中に溶解した可溶化リグニンを、減圧下エバポレータ等を用いて有機溶媒を除去することによって濃縮物として回収している(以下、「濃縮法」ともいう)。この点、本発明者等が更なる検討を行った結果、有機溶媒除去の際に可溶化リグニン中の単環芳香族化合物が一緒に揮発してしまうとともに、更に濃縮することで可溶化リグニンが凝集・高分子量化反応が進行し、後工程の反応において目的とするリグニン由来のフェノール類等の有用成分の収率が低下することが明らかとなった。 In Patent Document 1, the solubilized lignin dissolved in the aliphatic alcohol phase is recovered as a concentrate by removing the organic solvent under reduced pressure using an evaporator or the like (hereinafter, also referred to as the "concentration method"). As a result of further investigations by the present inventors, it was revealed that the monocyclic aromatic compounds in the solubilized lignin are also volatilized when the organic solvent is removed, and that further concentration causes the solubilized lignin to undergo aggregation and high molecular weight reactions, resulting in a decrease in the yield of useful components such as phenols derived from the lignin that are the target of reactions in subsequent processes.

そこで本発明は、リグニンを含む植物系バイオマスを含有する原料から、効率よく有効成分を製造する方法を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a method for efficiently producing active ingredients from raw materials containing plant biomass that contains lignin.

上記課題を解決するために本発明者等は鋭意検討した結果、以下の[1]~[3]の発明を完成するに至った。
[1]
(1)水と、脂肪族アルコール、ケトン及び環状エーテルからなる群より選ばれる有機溶媒との混合溶媒中で、植物系バイオマスを含有する原料を下記条件の下で処理して可溶化リグニンを得る可溶化工程と、
条件A:該原料の該溶媒に対する仕込み濃度が1質量%以上20質量%以下である
条件B:抽出温度が100℃以上350℃以下である
条件C:抽出時間が0.1時間以上10時間以下である
(2)可溶化リグニンが含まれる有機相を分液する第1分液工程と、
(3)該有機相にアルカリ金属又はアルカリ土類金属の水酸化物水溶液を加え可溶化リグニンを水溶化する水溶化工程と、
(4)水溶化された可溶化リグニンを含む水相を分液する第2分液工程と、
を備えるリグニン由来の有用成分の製造方法。
[2]
有機溶媒は、0℃以上50℃以下において水と二相分離する炭素数4~10の脂肪族アルコールである、[1]に記載の製造方法。
[3]
(5)第2分液工程で得られた水溶化された可溶化リグニンを、触媒の存在下で、酸化分解する酸化分解工程を更に備える、[1]又は[2]に記載の製造方法。
As a result of intensive research conducted by the present inventors in order to solve the above problems, the present inventions [1] to [3] below have been completed.
[1]
(1) a solubilization step of treating a raw material containing a plant biomass in a mixed solvent of water and an organic solvent selected from the group consisting of an aliphatic alcohol, a ketone, and a cyclic ether under the following conditions to obtain solubilized lignin;
Condition A: The concentration of the raw material in the solvent is 1% by mass or more and 20% by mass or less. Condition B: The extraction temperature is 100° C. or more and 350° C. or less. Condition C: The extraction time is 0.1 hours or more and 10 hours or less. (2) A first separation step of separating an organic phase containing solubilized lignin;
(3) a water-solubilizing step of adding an aqueous hydroxide solution of an alkali metal or alkaline earth metal to the organic phase to solubilize the solubilized lignin in water;
(4) a second separation step of separating an aqueous phase containing the solubilized lignin;
A method for producing a useful component derived from lignin, comprising:
[2]
The method according to [1], wherein the organic solvent is an aliphatic alcohol having 4 to 10 carbon atoms that undergoes two-phase separation from water at a temperature between 0° C. and 50° C.
[3]
(5) The production method according to [1] or [2], further comprising an oxidative decomposition step of oxidatively decomposing the solubilized lignin obtained in the second liquid separation step in the presence of a catalyst.

本発明によれば、リグニンを含む植物系バイオマスを含有する原料から、効率よく有効成分を製造する方法を提供することができる。 The present invention provides a method for efficiently producing active ingredients from raw materials containing plant biomass that contains lignin.

以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。 The following describes in detail the embodiments of the present invention. Note that the present invention is not limited to the following embodiments.

本実施形態のリグニン由来の有用成分の製造方法は、
(1)水と、脂肪族アルコール、ケトン及び環状エーテルからなる群より選ばれる有機溶媒との混合溶媒中で、植物系バイオマスを含有する原料を下記条件の下で処理して可溶化リグニンを得る可溶化工程と、
条件A:該原料の該溶媒に対する仕込み濃度が1質量%以上20質量%以下である
条件B:抽出温度が100℃以上350℃以下である
条件C:抽出時間が0.1時間以上10時間以下である
(2)可溶化リグニンが含まれる有機相を分液する第1分液工程と、
(3)該有機相にアルカリ金属又はアルカリ土類金属の水酸化物水溶液を加え可溶化リグニンを水溶化する水溶化工程と、
(4)水溶化された可溶化リグニンを含む水相を分液する第2分液工程と、
を備える。
かかる製造方法によれば、効率よくリグニン由来の有用成分を製造することができる。
以下、各工程について詳述する。
The method for producing a useful component derived from lignin according to the present embodiment includes the steps of:
(1) a solubilization step of treating a raw material containing a plant biomass in a mixed solvent of water and an organic solvent selected from the group consisting of an aliphatic alcohol, a ketone, and a cyclic ether under the following conditions to obtain solubilized lignin;
Condition A: The concentration of the raw material in the solvent is 1% by mass or more and 20% by mass or less. Condition B: The extraction temperature is 100° C. or more and 350° C. or less. Condition C: The extraction time is 0.1 hours or more and 10 hours or less. (2) A first separation step of separating an organic phase containing solubilized lignin;
(3) a water-solubilizing step of adding an aqueous hydroxide solution of an alkali metal or alkaline earth metal to the organic phase to solubilize the solubilized lignin in water;
(4) a second separation step of separating an aqueous phase containing the solubilized lignin;
Equipped with.
According to this production method, useful components derived from lignin can be produced efficiently.
Each step will be described in detail below.

<(1)可溶化工程>
本実施形態の可溶化工程において原料として用いられる植物系バイオマスとしては、木本系バイオマス、草本系バイオマスが挙げられる。木本系バイオマスとしては、スギ、サクラ、ユーカリ、ヒノキ、ヒバ、ブナ、ヤナギなどが挙げられる。また草本系バイオマスとしては、タケ、パームヤシの樹幹・空房、パームヤシ果実の繊維及び種子、バガス(サトウキビ搾汁後の残渣)、稲わら、麦わら、トウモロコシ残渣(コーンストーバー、コーンコブ、コーンハル)、ヤトロファ種皮・殻、スイッチグラス、エリアンサス、エネルギー作物などの植物油搾取過程で発生する残渣が挙げられる。
<(1) Solubilization step>
Examples of plant biomass used as a raw material in the solubilization step of this embodiment include woody biomass and herbaceous biomass. Examples of woody biomass include cedar, cherry, eucalyptus, cypress, Japanese cypress, beech, and willow. Examples of herbaceous biomass include bamboo, palm trunks and empty bunches, palm fruit fibers and seeds, bagasse (residue after squeezing sugarcane juice), rice straw, wheat straw, corn residue (corn stover, corn cob, corn hull), jatropha seed coat and shell, switchgrass, erianthus, and residues generated during the extraction of vegetable oil from energy crops.

これら植物系バイオマスには、通常15~40質量%程度のリグニンが含まれるため、好適である。なお、原料の植物系バイオマスとしては、粉砕されたものを用いてもよい。原料の植物系バイオマスは、ブロック、チップ、粉末、いずれの形状でもよい。また、原料の植物系バイオマスとしては、リグニン以外の成分を除去等するための前処理を行ったものを用いてもよい。例えば、植物系バイオマスについて水熱処理を行い、原料に含まれるヘミセルロースを除いたものを用いてもよい。 These plant biomasses are suitable because they usually contain about 15 to 40% by mass of lignin. The raw plant biomass may be pulverized. The raw plant biomass may be in any form, such as blocks, chips, or powder. The raw plant biomass may be pretreated to remove components other than lignin. For example, the plant biomass may be hydrothermally treated to remove hemicellulose contained in the raw material.

可溶化工程における溶媒としては、水と、脂肪族アルコール、ケトン及び環状エーテルからなる群より選ばれる有機溶媒との混合溶媒を用いる。 The solvent used in the solubilization step is a mixture of water and an organic solvent selected from the group consisting of aliphatic alcohols, ketones, and cyclic ethers.

脂肪族アルコールとしては、例えば炭素数1~10の脂肪族アルコール、好ましくは炭素数4~10の脂肪族アルコール、より好ましくは炭素数4~6の脂肪族アルコールを用いることができる。脂肪族アルコールの具体例としては、メタノール、エタノール、1-プロパノール、1-ブタノール、1-ペンタノール、1-ヘキサノール、1-ヘプタノール、1-オクタノール、1-ノナノール、1-デカノール等の飽和直鎖アルコール;イソプロパノール、イソブタノール等の飽和分岐鎖アルコールが挙げられる。 As the aliphatic alcohol, for example, an aliphatic alcohol having 1 to 10 carbon atoms, preferably an aliphatic alcohol having 4 to 10 carbon atoms, more preferably an aliphatic alcohol having 4 to 6 carbon atoms can be used. Specific examples of the aliphatic alcohol include saturated straight-chain alcohols such as methanol, ethanol, 1-propanol, 1-butanol, 1-pentanol, 1-hexanol, 1-heptanol, 1-octanol, 1-nonanol, and 1-decanol; and saturated branched-chain alcohols such as isopropanol and isobutanol.

ケトンの具体例としては、アセトン、メチルエチルケトン、メチルブチルケトン等が挙げられる。環状エーテルの具体例としては、ジオキサン、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン等が挙げられる。 Specific examples of ketones include acetone, methyl ethyl ketone, and methyl butyl ketone. Specific examples of cyclic ethers include dioxane, tetrahydrofuran, and tetrahydropyran.

これらの有機溶媒の中で、脂肪族アルコールが好ましく、炭素数1~10の脂肪族アルコールがより好ましく、0℃以上50℃以下において水と二相分離する炭素数4~10の脂肪族アルコールが更に好ましい。特に水と二層分離する炭素数4~10の脂肪族アルコールを用いると、次工程の第1分液工程において特別の操作無しに有機相を分液することができるので望ましい。 Among these organic solvents, aliphatic alcohols are preferred, with aliphatic alcohols with 1 to 10 carbon atoms being more preferred, and aliphatic alcohols with 4 to 10 carbon atoms that separate into two phases from water at temperatures between 0°C and 50°C being even more preferred. In particular, the use of aliphatic alcohols with 4 to 10 carbon atoms that separate into two phases from water is desirable because it allows the organic phase to be separated without any special operations in the first liquid separation step in the next step.

本発明の実施形態において、溶媒に用いられる水としては、例えば、水道水、工業用水、イオン交換水、蒸留水等が挙げられる。水と有機溶媒の混合比の範囲は、モル比で、水(mol)/有機溶媒(mol)が0.5/1~45/1であることが好ましく、より好ましくは、0.7/1~30/1、さらに好ましくは、0.9/1~20/1、さらに好ましくは、1.8/1~10/1である。 In an embodiment of the present invention, examples of water used as a solvent include tap water, industrial water, ion-exchanged water, and distilled water. The mixing ratio of water to organic solvent is preferably in the range of 0.5/1 to 45/1 in terms of molar ratio, water (mol)/organic solvent (mol), more preferably 0.7/1 to 30/1, even more preferably 0.9/1 to 20/1, and even more preferably 1.8/1 to 10/1.

条件Aにおける原料の溶媒に対する仕込み濃度は、1質量%以上20質量%以下であり、好ましくは、2質量%以上18質量%以下、より好ましくは、3質量%以上15質量%以下である。 In condition A, the concentration of the raw material in the solvent is 1% by mass or more and 20% by mass or less, preferably 2% by mass or more and 18% by mass or less, and more preferably 3% by mass or more and 15% by mass or less.

条件Bにおける反応温度は、100℃以上350℃以下であり、好ましくは、150℃以上300℃以下であり、より好ましくは、170℃以上270℃以下である。 The reaction temperature in condition B is 100°C or higher and 350°C or lower, preferably 150°C or higher and 300°C or lower, and more preferably 170°C or higher and 270°C or lower.

条件Cにおける反応時間は、0.1時間以上10時間以下であり、好ましくは、0.2時間以上8時間以下であり、より好ましくは、1時間以上6時間以下であり、さらに好ましくは、1時間以上3時間以下である。 The reaction time under condition C is from 0.1 to 10 hours, preferably from 0.2 to 8 hours, more preferably from 1 to 6 hours, and even more preferably from 1 to 3 hours.

上述した条件のほかに、可溶化工程における反応系の圧力は、0.5MPa~30MPaが望まれる。より好ましい条件は、水、アルコール量と温度によって影響されるため適宜設定する。また、可溶化工程は、空気下で行うことができる。可溶化工程は、酸化反応による重合を抑えるために、窒素パージを行って酸素を減らした雰囲気下で行われることが好ましい。 In addition to the above conditions, the pressure of the reaction system in the solubilization step is preferably 0.5 MPa to 30 MPa. More preferable conditions are affected by the amount of water and alcohol and the temperature, so they should be set appropriately. The solubilization step can be carried out in air. It is preferable to carry out the solubilization step in an atmosphere with reduced oxygen by nitrogen purging in order to suppress polymerization due to oxidation reactions.

可溶化工程における反応方式に、特に制限はない。例えば、一般的な回分式反応器、半回分式反応器などを利用することができる。また、原料と、水と、有機溶媒とからなるスラリーをスクリュー又はポンプ等で押し出しながら反応させる方式も適用可能である。さらに、静置反応も可能である。 There are no particular limitations on the reaction method in the solubilization step. For example, a general batch reactor or semi-batch reactor can be used. It is also possible to apply a method in which a slurry consisting of the raw materials, water, and an organic solvent is reacted while being pushed out by a screw or pump. Furthermore, a stationary reaction is also possible.

<(2)第1分液工程>
第1分液工程では、可溶化工程で得られた可溶化リグニンが含まれる有機相を分液する。
<(2) First separation step>
In the first separation step, the organic phase containing the solubilized lignin obtained in the solubilization step is separated.

上記有機溶媒として、0℃以上50℃以下において水と二相分離する溶媒を用いた場合には、そのまま有機相を分液することができる。 When a solvent that separates into two phases from water at temperatures between 0°C and 50°C is used as the organic solvent, the organic phase can be separated as is.

上記有機溶媒として、水と相溶する溶媒を用いた場合には、適宜水及び/又は抽出用有機溶媒を二相分離するまで添加した後に、有機相を分液することができる。抽出用有機溶媒の具体例としては、ジエチルエーテル、酢酸エチル、炭素数4~10の脂肪族アルコール(例えば1-ブタノール)、トルエン、ベンゼン等が挙げられる。 When a water-compatible solvent is used as the organic solvent, water and/or an organic solvent for extraction can be added until two phases are separated, and then the organic phase can be separated. Specific examples of organic solvents for extraction include diethyl ether, ethyl acetate, aliphatic alcohols having 4 to 10 carbon atoms (e.g., 1-butanol), toluene, and benzene.

分液後に、更に抽出用溶媒を用いて、抽出を行ってもよい。なお、分液された有機相における有機溶媒の量が多すぎる場合には、適宜エバポレータ等を用いて溶媒を揮発させてもよいが、可溶化リグニン中の単環芳香族化合物の揮発を避けるために、ドライアップしない程度とすることが望ましい。 After separation, extraction may be performed using an extraction solvent. If the amount of organic solvent in the separated organic phase is too large, the solvent may be evaporated using an evaporator or the like, but it is preferable to evaporate the solvent to a degree that does not cause the lignin to dry out in order to avoid evaporation of monocyclic aromatic compounds in the solubilized lignin.

揮発の際の有機相の温度は、揮発にかかる時間と目的物の揮発量を減らすことができる点から、好ましくは30℃~120℃、より好ましくは40℃~80℃、更に好ましくは40℃~60℃である。 The temperature of the organic phase during volatilization is preferably 30°C to 120°C, more preferably 40°C to 80°C, and even more preferably 40°C to 60°C, in order to reduce the time required for volatilization and the amount of the target substance volatilized.

揮発の際の減圧は、揮発にかかる時間と目的物の揮発量を減らすことができる点から、好ましくは1kPa~20kPa、より好ましくは5kPa~15kPaである。 The reduced pressure during volatilization is preferably 1 kPa to 20 kPa, more preferably 5 kPa to 15 kPa, in order to reduce the time required for volatilization and the amount of the target substance volatilized.

<(3)水溶化工程>
水溶化工程では、第1分液工程で得られた有機相にアルカリ金属又はアルカリ土類金属の水酸化物水溶液を加え可溶化リグニンを水溶化する。
<(3) Water-solubilizing step>
In the water-solubilizing step, an aqueous solution of an alkali metal or alkaline earth metal hydroxide is added to the organic phase obtained in the first liquid-separation step to water-solubilize the solubilized lignin.

アルカリ金属の水酸化物としては、例えば、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等が挙げられる。アルカリ土類金属の水酸化物としては、例えば、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化バリウム等が挙げられる。これらのうち、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムが好適に用いられる。 Examples of hydroxides of alkali metals include lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, etc. Examples of hydroxides of alkaline earth metals include magnesium hydroxide, calcium hydroxide, barium hydroxide, etc. Of these, sodium hydroxide and potassium hydroxide are preferably used.

アルカリ金属又はアルカリ土類金属の水酸化物水溶液の濃度は、例えば、0.5~5mol/Lとすることができる。 The concentration of the aqueous alkali metal or alkaline earth metal hydroxide solution can be, for example, 0.5 to 5 mol/L.

<(4)第2分液工程>
第2分液工程では、水溶化工程で得られた水溶化された可溶化リグニンを含む水相を分液する。第2分液工程では、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の水酸化物水溶液を複数回有機相に接触させて、より確実に水溶化された可溶化リグニンを水相に移すことができる。また、水相に含まれる脂肪族アルコール等の有機溶媒を除くために、上述の抽出有機溶媒を水相に接触させて、さらなる分液を行ってもよい。
<(4) Second liquid separation step>
In the second liquid-separation step, the aqueous phase containing the solubilized lignin obtained in the water-solubilizing step is separated. In the second liquid-separation step, an aqueous hydroxide solution of an alkali metal or alkaline earth metal is contacted with the organic phase multiple times to more reliably transfer the solubilized lignin to the aqueous phase. In addition, in order to remove an organic solvent such as an aliphatic alcohol contained in the aqueous phase, the above-mentioned extraction organic solvent may be contacted with the aqueous phase to perform further liquid separation.

<(5)酸化分解工程>
本実施形態のリグニン由来の有用成分の製造方法は、更に第2分液工程で得られた水溶化された可溶化リグニンを、触媒及び酸化剤の存在下で、酸化分解する酸化分解工程を備えていてもよい。
<(5) Oxidative Decomposition Step>
The method for producing a useful component derived from lignin according to the present embodiment may further include an oxidative decomposition step in which the water-solubilized lignin obtained in the second liquid separation step is oxidatively decomposed in the presence of a catalyst and an oxidizing agent.

第2分液工程後に得られる可溶化リグニンは既にある程度低分子量化しているが、酸化分解工程では、その中からさらに低分子量の有用成分に効率的に変換することを目的として、更にもう一段の分解をすることができる。酸化分解方法としては、従来のリグニン分解法を適用することができる。 The solubilized lignin obtained after the second liquid separation step has already been decomposed to a certain degree, but in the oxidative decomposition step, it can be decomposed one more step in order to efficiently convert it into useful components with even lower molecular weights. Conventional lignin decomposition methods can be used as the oxidative decomposition method.

この酸化分解工程においては、適度な分解性が求められ、分解性が高すぎる場合は目的とする有用成分の分解が進みすぎ収率が低下してしまう。一方、分解性が低すぎる場合は反応が進まず、同じく有用成分の収率が低下してしまう。 In this oxidative decomposition process, moderate decomposition is required; if the decomposition is too high, the decomposition of the desired useful components will proceed too far, resulting in a low yield. On the other hand, if the decomposition is too low, the reaction will not proceed, resulting in a low yield of useful components.

酸化分解工程で用いることができる触媒としては、塩基性触媒、酸性触媒、遷移金属触媒、リグニン分解酵素等が挙げられる。 Catalysts that can be used in the oxidative decomposition process include basic catalysts, acidic catalysts, transition metal catalysts, lignin-decomposing enzymes, etc.

塩基性触媒としては、アルカリ金属・アルカリ土類金属・遷移金属等の金属水酸化物、これら金属のアルコキシド類、ジアザビシクロウンデセン(DBU)・ジアザビシクロノネン(DBN)等の含窒素系有機塩基触媒類等が挙げられる。 Examples of basic catalysts include metal hydroxides of alkali metals, alkaline earth metals, transition metals, etc., alkoxides of these metals, and nitrogen-containing organic base catalysts such as diazabicycloundecene (DBU) and diazabicyclononene (DBN).

酸性触媒としては、塩酸・硫酸・硝酸・リン酸等の鉱酸類、トルエンスルホン酸・メタンスルホン酸等の有機酸類が挙げられる。 Acid catalysts include mineral acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, and phosphoric acid, and organic acids such as toluenesulfonic acid and methanesulfonic acid.

遷移金属触媒としては、マンガン・クロム・鉄・コバルト・銅等の第一遷移金属、ルテニウム・パラジウム・ロジウム等の第二遷移金属、タングステン・オスミウム・イリジウム・白金等の第三遷移金属の塩類、それらのポルフィリン錯体・サレン錯体等に代表される錯体類が挙げられる。 Transition metal catalysts include salts of first transition metals such as manganese, chromium, iron, cobalt, and copper, second transition metals such as ruthenium, palladium, and rhodium, and third transition metals such as tungsten, osmium, iridium, and platinum, as well as their complexes, such as porphyrin complexes and salen complexes.

リグニン分解酵素としては、例えばラッカーゼ、ペルオキシターゼ、オキシターゼ等が挙げられる。 Examples of lignin-degrading enzymes include laccase, peroxidase, and oxidase.

これらのうち、適度な分解性をもつ第一遷移金属、金属塩、金属錯体が好適に用いることができ、特に銅系触媒、例えば銅塩、銅錯体、ラッカーゼ等が好適に用いられ、工業的な観点からは特に水酸化銅(II)が好ましい。 Among these, first transition metals, metal salts, and metal complexes with appropriate decomposition properties are preferably used, and copper-based catalysts such as copper salts, copper complexes, and laccase are particularly preferred, with copper(II) hydroxide being particularly preferred from an industrial point of view.

酸化剤としては、酸素(空気)、過酸化水素、オゾン、次亜塩素酸、塩素酸、過塩素酸、硝酸、クロム酸塩、二クロム酸塩、マンガン酸塩、過マンガン酸塩等が挙げられる。 Oxidizing agents include oxygen (air), hydrogen peroxide, ozone, hypochlorous acid, chloric acid, perchloric acid, nitric acid, chromates, dichromates, manganates, permanganates, etc.

これらは触媒や反応条件により適宜選択することができるが、適度な酸化性と取り扱いの容易さから酸素、過酸化水素が好ましく、特に酸素が好ましい。 These can be selected appropriately depending on the catalyst and reaction conditions, but oxygen and hydrogen peroxide are preferred due to their moderate oxidizing properties and ease of handling, with oxygen being particularly preferred.

酸化分解工程における触媒量としては、その反応の形態によって適宜調整されるべきものではあるが、金属、特に銅化合物を用いる場合においては、水抽出液中、金属(銅)の重量%濃度として、0.01以上、より好ましくは0.1以上、さらに好ましくは0.2以上であり、また、10以下、より好ましくは3以下、更に好ましくは1以下である。 The amount of catalyst in the oxidative decomposition process should be adjusted appropriately depending on the type of reaction, but when a metal, particularly a copper compound, is used, the weight percent concentration of the metal (copper) in the aqueous extract is 0.01 or more, more preferably 0.1 or more, even more preferably 0.2 or more, and 10 or less, more preferably 3 or less, even more preferably 1 or less.

酸化分解工程における反応温度は、反応触媒の形態により適宜好適な条件を用いることができるが、水酸化銅(II)を用いる場合においては、100℃以上350℃以下であり、好ましくは、150℃以上300℃以下であり、より好ましくは、170℃以上270℃以下である。なお、反応を制御するために、所定の反応温度まで加温した直後に冷却することが望ましい。 The reaction temperature in the oxidative decomposition process can be appropriately adjusted depending on the type of reaction catalyst. When copper (II) hydroxide is used, the reaction temperature is 100°C or higher and 350°C or lower, preferably 150°C or higher and 300°C or lower, and more preferably 170°C or higher and 270°C or lower. In order to control the reaction, it is desirable to cool the reaction mixture immediately after heating it to the specified reaction temperature.

酸化分解工程は、好ましくは、酸素ガスを含む雰囲気下で行われるが、反応性、安全性を考慮し、酸素分圧を調整する目的で窒素ガス等の不活性ガスを含んでいてもよい。 The oxidative decomposition process is preferably carried out in an atmosphere containing oxygen gas, but in consideration of reactivity and safety, an inert gas such as nitrogen gas may also be included to adjust the oxygen partial pressure.

酸化分解工程における反応方式に、特に制限はない。例えば、一般的な回分式反応器、半回分式反応器などを利用することができる。 There are no particular limitations on the reaction method used in the oxidative decomposition process. For example, a general batch reactor or semi-batch reactor can be used.

本実施形態のリグニン由来の有用成分の製造方法によれば、コークの生成が抑制されるため、酸化分解工程において、触媒に付着するコークの量を低減することができる。コークの付着は触媒の能力低減の大きな原因であることは広く知られており、本実施形態の製造方法を適用することにより、触媒の機能を長期間維持することができる。 The method for producing useful components derived from lignin according to this embodiment suppresses the generation of coke, so the amount of coke adhering to the catalyst during the oxidative decomposition process can be reduced. It is widely known that the adhesion of coke is a major cause of reduced catalyst performance, and by applying the production method according to this embodiment, the functionality of the catalyst can be maintained for a long period of time.

本実施形態の製造方法により得られるリグニン由来の有用成分は、バニリンやヒドロキシ安息香酸等の化合物単体として活用することもできるし、これを化学的に変性してより機能性を高めた用途に用いることもできる。例えば、石油・石炭資源に由来しない、再生可能な資源を由来とした機能性の高い芳香族系樹脂材料のモノマー中間体として利用することができる。 The useful components derived from lignin obtained by the manufacturing method of this embodiment can be used as simple compounds such as vanillin and hydroxybenzoic acid, or can be chemically modified for use in applications with enhanced functionality. For example, they can be used as monomer intermediates for highly functional aromatic resin materials derived from renewable resources, not from petroleum or coal resources.

以下、実施例に基づいて本発明をより具体的に説明する。ただし、本発明は、以下の実施例により限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail below with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples.

実施例1(スギ、水熱処理、オルガノソルブ処理(水/BuOH)、液液抽出法)
<リグニン可溶化>
原料には、スギを粉砕機で破砕し、篩分けにより300μm以下とした粉末を用いた。前処理として水熱処理を行い、原料に含まれるヘミセルロースを除去した後、水/1-ブタノール溶媒による処理(オルガノソルブ処理)により、リグニンを可溶化させた。
水熱処理は、内容積150mLのSUS製耐圧回分式反応装置を用い、原料/溶媒水=1/30(重量比)で行った。回分式反応装置の反応器内を窒素でパージした後、165℃に昇温し、2時間反応を行った。なお、反応器内温を熱電対により測定し、反応時間は165℃に達してからの経過時間とした。
反応後、生成物はろ過により固液分離した。固形分は、蒸留水により室温で15分、撹拌しながら洗浄した。これを3回繰り返した後、一晩風乾してから60℃、3時間の条件で真空乾燥した固形分をオルガノソルブ処理に供した。
オルガノソルブ処理は、内容積150mLのSUS製耐圧回分式反応装置を用い、水熱処理後固形分/溶媒=1/30(重量比)、溶媒:水/1-ブタノール=4/1(モル比)で行った。回分式反応装置の反応器内を窒素でパージした後、200℃まで昇温し、2時間反応を行った。なお、反応器内温を熱電対により測定し、反応時間は200℃に達してからの経過時間とした。
反応終了後、回分式反応容器を氷水に浸漬させて冷却し、反応器内温が室温付近まで下がった後、反応器内容物を全て取り出した。固形分と液成分をろ別後、ろ液を分液漏斗により液液分離することで、水相と1-ブタノール相(以下、「1-ブタノール可溶分」という。)を得た。
Example 1 (Cedar, Hydrothermal Treatment, Organosolv Treatment (Water/BuOH), Liquid-Liquid Extraction Method)
<Lignin solubilization>
The raw material was cedar, which was crushed in a grinder and sieved to a powder of 300 μm or less. As a pretreatment, hydrothermal treatment was performed to remove hemicellulose contained in the raw material, and then lignin was solubilized by treatment with a water/1-butanol solvent (organosolv treatment).
The hydrothermal treatment was carried out using a SUS pressure batch reactor with an internal volume of 150 mL, with the raw material/solvent water ratio being 1/30 (weight ratio). After purging the reactor of the batch reactor with nitrogen, the temperature was raised to 165° C. and the reaction was carried out for 2 hours. The temperature inside the reactor was measured with a thermocouple, and the reaction time was the elapsed time after the temperature reached 165° C.
After the reaction, the product was separated into solid and liquid by filtration. The solid was washed with distilled water at room temperature for 15 minutes while stirring. This was repeated three times, and the solid was air-dried overnight and then vacuum-dried at 60°C for 3 hours, and then subjected to organosolv treatment.
The organosolv treatment was carried out using a 150 mL SUS pressure batch reactor with a solid content/solvent ratio of 1/30 (weight ratio) after hydrothermal treatment, and solvent: water/1-butanol ratio of 4/1 (molar ratio). After purging the reactor with nitrogen, the temperature was raised to 200°C and the reaction was carried out for 2 hours. The temperature inside the reactor was measured with a thermocouple, and the reaction time was the elapsed time after the temperature reached 200°C.
After the reaction was completed, the batch reaction vessel was immersed in ice water to cool, and after the temperature inside the vessel had dropped to about room temperature, the entire contents of the vessel were removed. The solid and liquid components were separated by filtration, and the filtrate was separated into liquid and liquid using a separatory funnel to obtain an aqueous phase and a 1-butanol phase (hereinafter referred to as "1-butanol solubles").

<液液抽出>
1-ブタノール可溶分10mLに対し、等量の2mol/L水酸化ナトリウム水溶液を接触させ、室温下で液液抽出を行った。これを3回繰り返した。
次に、水酸化ナトリウム抽出液30mLに溶解した1-ブタノールを除くために、等量のジエチルエーテルを接触させ、室温下で液液抽出を行った。これを3回繰り返した。
Liquid-liquid extraction
10 mL of the 1-butanol soluble matter was contacted with an equal amount of 2 mol/L aqueous sodium hydroxide solution to carry out liquid-liquid extraction at room temperature. This was repeated three times.
Next, in order to remove the 1-butanol dissolved in 30 mL of the sodium hydroxide extract, an equal amount of diethyl ether was contacted and liquid-liquid extraction was carried out at room temperature. This was repeated three times.

<酸化分解>
水酸化ナトリウム水溶液に抽出された可溶化リグニンの酸化分解反応は、テフロン(登録商標)内筒容器を備えたSUS製耐圧回分式反応器を用いて実施した。
内筒容器に原料の水酸化ナトリウム抽出液30mL、触媒として水酸化銅(II)0.24gを導入し、反応器内を窒素でパージし、酸素と窒素を300kPaずつ導入した後、180℃まで昇温した。昇温時間は、反応器内温の熱電対により測定し、約1時間要した。180℃に達した直後に、反応器を急冷させることで反応を停止させた。その後、固体成分と液成分をろ別して、以下の生成物分析に供した。
<Oxidative decomposition>
The oxidative decomposition reaction of the solubilized lignin extracted in the aqueous sodium hydroxide solution was carried out using a SUS pressure-resistant batch reactor equipped with a Teflon (registered trademark) inner cylindrical container.
30 mL of the raw material sodium hydroxide extract and 0.24 g of copper hydroxide (II) as a catalyst were introduced into the inner cylindrical container, the inside of the reactor was purged with nitrogen, and oxygen and nitrogen were introduced at 300 kPa each, and then the temperature was raised to 180 ° C. The temperature rise time was measured using a thermocouple of the reactor temperature and took about 1 hour. Immediately after reaching 180 ° C, the reaction was stopped by quenching the reactor. Then, the solid component and the liquid component were filtered and subjected to the following product analysis.

<生成物分析>
(固体成分)
固体成分は、付着したコーク成分を熱重量計により測定した。窒素雰囲気下、120℃で120分保持することで水分を除去した後、380℃まで15℃/minで昇温した。コーク量は、120℃で乾燥した時の重量(W(T=120℃))を基準に、380℃に昇温した時の重量減少(W(T=380℃)-W(T=120℃))に基づき、下記の式より算出した。
<Product Analysis>
(Solid Component)
The solid component was measured by measuring the adhering coke component using a thermogravimeter. After removing moisture by holding at 120°C for 120 minutes in a nitrogen atmosphere, the temperature was raised to 380°C at 15°C/min. The amount of coke was calculated from the weight (W (T=120°C) ) when dried at 120°C and the weight loss (W (T=380°C) -W (T=120°C) ) when heated to 380°C using the following formula:

(液成分)
回収した液成分は、蒸留水を用いて200mLにメスアップし、等量のテトラヒドロフランを添加することで、リグニンとその分解物の溶解性を高めた。30wt%の硫酸溶液を用いてpH=3程度まで酸性化することで、生成したフェノール類の遊離を促進した。
酸性化後の生成液中に含まれる単環フェノール類を、水素炎イオン化検出器(FID)を備えたガスクロマトグラフを用いて、内部標準法により定量した。この時、アルデヒド基、カルボキシル基を含まない生成物は、誘導体化処理を行わずに定量し、アルデヒド基、カルボキシル基を含む生成物に対しては、誘導体化処理(シリル化)を行った後に定量した。
誘導体化処理は、次のように実施した。酸性化後の生成液1mLに対し、2倍量の酢酸エチルにより3回抽出することで、酢酸エチル可溶分を調製した。エバポレータを用いて、酢酸エチル可溶分から溶媒を除去した後、ピリジンに溶解させた。その後、シリル化剤(N,O-ビス(トリメチルシリル)トリフルオロアセトアミド、BSTFA)を添加し、60℃、30分の条件で酢酸エチル可溶分の誘導体化を進行させた。
フェノール類の収率は、原料中のリグニンに含まれる炭素基準で算出し、リグニンの定量は、既往のNREL法に従って実施した。
(Liquid components)
The collected liquid was diluted to 200 mL with distilled water, and an equal amount of tetrahydrofuran was added to increase the solubility of lignin and its decomposition products. The solution was acidified to about pH = 3 with a 30 wt % sulfuric acid solution to promote the release of the produced phenols.
The monocyclic phenols contained in the product solution after acidification were quantified by the internal standard method using a gas chromatograph equipped with a flame ionization detector (FID). At this time, products not containing aldehyde groups or carboxyl groups were quantified without derivatization treatment, and products containing aldehyde groups or carboxyl groups were quantified after derivatization treatment (silylation).
The derivatization treatment was carried out as follows. 1 mL of the product liquid after acidification was extracted three times with twice the amount of ethyl acetate to prepare an ethyl acetate soluble fraction. The solvent was removed from the ethyl acetate soluble fraction using an evaporator, and the fraction was then dissolved in pyridine. Thereafter, a silylating agent (N,O-bis(trimethylsilyl)trifluoroacetamide, BSTFA) was added, and the derivatization of the ethyl acetate soluble fraction was allowed to proceed at 60°C for 30 minutes.
The yield of phenols was calculated based on the carbon contained in the lignin in the raw material, and the lignin was quantified according to the conventional NREL method.

比較例1(スギ、水熱処理、オルガノソルブ処理(水/BuOH)、濃縮法)
<リグニン可溶化>
実施例1と同様に行った。
Comparative Example 1 (Cedar, Hydrothermal Treatment, Organosolv Treatment (Water/BuOH), Concentration Method)
<Lignin solubilization>
The same procedure as in Example 1 was followed.

<濃縮>
エバポレータを用いて、1-ブタノール可溶分から溶媒を留去させた後、130℃、0.5時間の条件で真空乾燥を行った。その後、一部残存する1-ブタノールを取り除くため、アセトンを過剰量添加し、再度、130℃、0.5時間の条件で真空乾燥して溶媒を除去し、可溶化リグニン濃縮物を得た。
<Concentration>
The solvent was removed from the 1-butanol soluble matter using an evaporator, and then vacuum drying was performed for 0.5 hours at 130° C. Then, in order to remove the remaining 1-butanol, an excess amount of acetone was added, and the solvent was removed again by vacuum drying at 130° C. for 0.5 hours to obtain a solubilized lignin concentrate.

<酸化分解>
原料には、実施例1で使用したのと同量の1-ブタノール可溶分(10mL)から得られた可溶化リグニン濃縮物0.11gを用い、溶媒として30mLの2mol/L水酸化ナトリウム水溶液に加えた。その他については、実施例1と同様に行った。
<Oxidative decomposition>
As the raw material, 0.11 g of solubilized lignin concentrate obtained from the same amount of 1-butanol soluble matter (10 mL) as used in Example 1 was used, and added to 30 mL of 2 mol/L aqueous sodium hydroxide solution as a solvent.

<生成物分析>
実施例1と同様に行った。
<Product Analysis>
The same procedure as in Example 1 was followed.

実施例1及び比較例1における液成分の分析結果
実施例1のリグニン可溶化工程後の1-ブタノール可溶分、実施例1における液成分、及び比較例1における液成分のそれぞれについて分析を行い、検出されたリグニン由来の生成物量(単位:C-mol%:リグニン炭素基準)を表1に示す。表1から明らかであるように、比較例1と比べると、実施例1ではリグニン由来の有用成分(フェノール類)がより多く得られた。なお、1-ブタノール可溶分には、その他のフェノール類(アルキルフェノール、アルキルメトキシフェノール及びアルキルカテコール)が含まれるが、更なる処理を行った実施例1及び比較例1における液成分には含まれなかった。
Analysis results of liquid components in Example 1 and Comparative Example 1 The 1-butanol soluble fraction after the lignin solubilization step in Example 1, the liquid components in Example 1, and the liquid components in Comparative Example 1 were each analyzed, and the amounts of lignin-derived products detected (unit: C-mol%: lignin carbon basis) are shown in Table 1. As is clear from Table 1, a larger amount of useful components derived from lignin (phenols) was obtained in Example 1 compared to Comparative Example 1. Note that the 1-butanol soluble fraction contains other phenols (alkylphenols, alkylmethoxyphenols, and alkylcatechols), but these were not contained in the liquid components in Example 1 and Comparative Example 1, which were subjected to further treatment.

実施例2(スギ、オルガノソルブ処理(水/EtOH)、液液抽出法)
<リグニン可溶化>
原料には、スギを粉砕機で破砕し、篩分けにより300μm以下の粉末を用いた。オルガノソルブ処理は、内容積150mLのSUS製耐圧回分式反応装置を用い、原料/溶媒=1/30(重量比)、溶媒:水/エタノール=1/1(モル比)で行った。回分式反応装置の反応器内を窒素でパージした後、200℃まで昇温し、2時間反応を行った。なお、反応器内温を熱電対により測定し、反応時間は200℃に達してからの経過時間とした。
反応終了後、回分式反応容器を氷水に浸漬させて冷却し、反応器内温が室温付近まで下がった後、反応器内容物を全て取り出した。固形分と液成分をろ別することで、水/エタノール可溶分を得た。
Example 2 (Cedar, organosolv treatment (water/EtOH), liquid-liquid extraction method)
<Lignin solubilization>
The raw material was cedar crushed with a grinder and sieved to obtain powder of 300 μm or less. The organosolv treatment was carried out using a SUS pressure batch reactor with an internal volume of 150 mL, with raw material/solvent = 1/30 (weight ratio) and solvent: water/ethanol = 1/1 (molar ratio). After purging the reactor of the batch reactor with nitrogen, the temperature was raised to 200 ° C and the reaction was carried out for 2 hours. The temperature inside the reactor was measured with a thermocouple, and the reaction time was the elapsed time after the temperature reached 200 ° C.
After the reaction was completed, the batch reaction vessel was immersed in ice water to cool it, and after the temperature inside the vessel had dropped to about room temperature, the entire contents of the vessel were removed. The solid matter and the liquid component were separated by filtration to obtain a water/ethanol soluble matter.

<液液抽出>
20mLの水/エタノール可溶分に対し、6倍量(120mL)の蒸留水を添加後、等量(140mL)の1-ブタノールを用いて室温下、液液抽出を3回行った。
エバポレータにより、420mLの1-ブタノール相から溶媒を留去し、ドライアップしない程度に濃縮した。その後、1-ブタノールを加えることで、10mLにメスアップした。等量の2mol/L水酸化ナトリウム水溶液を接触させ、室温下で液液抽出を行った。これを3回繰り返した。
次に、水酸化ナトリウム抽出液30mLに溶解した1-ブタノールを除くために、等量のジエチルエーテルを接触させ、室温下で液液抽出を行った。これを3回繰り返した。
Liquid-liquid extraction
Six volumes (120 mL) of distilled water were added to 20 mL of the water/ethanol soluble matter, and liquid-liquid extraction was then carried out three times at room temperature using an equal volume (140 mL) of 1-butanol.
The solvent was removed from 420 mL of the 1-butanol phase using an evaporator, and the mixture was concentrated to a degree that did not cause the mixture to dry up. Then, 1-butanol was added to the mixture to make it 10 mL. An equal amount of 2 mol/L aqueous sodium hydroxide solution was contacted, and liquid-liquid extraction was performed at room temperature. This was repeated three times.
Next, in order to remove the 1-butanol dissolved in 30 mL of the sodium hydroxide extract, an equal amount of diethyl ether was contacted and liquid-liquid extraction was carried out at room temperature. This was repeated three times.

<酸化分解、生成物分析>
実施例1と同様に行った。
<Oxidative decomposition, product analysis>
The same procedure as in Example 1 was followed.

比較例2(スギ、オルガノソルブ処理(水/EtOH)、濃縮法)
<リグニン可溶化>
実施例2と同様に行った。
Comparative Example 2 (Cedar, Organosolv Treatment (Water/EtOH), Concentration Method)
<Lignin solubilization>
The same procedure as in Example 2 was followed.

<濃縮>
エバポレータを用いて、水/エタノール可溶分から溶媒を留去させた後、130℃、0.5時間の条件で真空乾燥を行った。その後、一部残存する水、エタノールを取り除くため、アセトンを過剰量添加し、再度、130℃、0.5時間の条件で真空乾燥して溶媒を除去し、可溶化リグニン濃縮物を得た。
<Concentration>
After the solvent was removed from the water/ethanol soluble fraction using an evaporator, the fraction was vacuum dried for 0.5 hours at 130° C. Then, in order to remove the remaining water and ethanol, an excess amount of acetone was added, and the fraction was vacuum dried again at 130° C. for 0.5 hours to remove the solvent, thereby obtaining a solubilized lignin concentrate.

<酸化分解>
原料には、実施例2で使用したのと同量の水/エタノール可溶分(20mL)から得られた可溶化リグニン濃縮物0.12gを用い、溶媒として30mLの2mol/L水酸化ナトリウム水溶液に加えた。その他については、実施例1と同様に行った。
<Oxidative decomposition>
As the raw material, 0.12 g of solubilized lignin concentrate obtained from the same amount of water/ethanol soluble matter (20 mL) as used in Example 2 was used, and added to 30 mL of 2 mol/L aqueous sodium hydroxide solution as a solvent. The rest was the same as in Example 1.

<生成物分析>
実施例1と同様に行った。
<Product Analysis>
The same procedure as in Example 1 was followed.

実施例2及び比較例2における液成分の分析結果
実施例2における液成分及び比較例2における液成分のそれぞれについて分析を行ったところ、それぞれバニリンの量が3.2C-mol%(リグニン炭素基準)、2.1C-mol%(リグニン炭素基準)であった。この結果から明らかであるように、比較例2と比べると、実施例2ではリグニン由来の有用成分としてバニリンが多く得られた。
Analysis results of liquid components in Example 2 and Comparative Example 2 Analysis of the liquid components in Example 2 and Comparative Example 2 revealed that the amounts of vanillin were 3.2 C-mol% (lignin carbon basis) and 2.1 C-mol% (lignin carbon basis), respectively. As is clear from these results, compared to Comparative Example 2, a larger amount of vanillin was obtained in Example 2 as a useful component derived from lignin.

実施例1、2及び比較例1、2における固体成分の分析結果
実施例1、2における固体成分及び比較例1、2における固体成分のそれぞれについて分析を行い、算出されたコーク量(単位:C-mol%)を表2に示す。表2から明らかであるように、実施例ではコークの析出量を抑えることができた。
Analysis results of solid components in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 The solid components in Examples 1 and 2 and the solid components in Comparative Examples 1 and 2 were analyzed, and the calculated coke amounts (unit: C-mol%) are shown in Table 2. As is clear from Table 2, the amount of coke deposition could be suppressed in the Examples.

実施例3(バガス、水熱処理、オルガノソルブ処理(水/BuOH)、液液抽出法)
<リグニン可溶化>
原料にバガス(サトウキビ搾汁後の残渣)を用い、オルガノソルブ処理条件は、水熱処理後固形分/溶媒=1/10(重量比)、溶媒:水/1-ブタノール=8/1(モル比)とした。その他については、実施例1と同様に行った。
Example 3 (Bagasse, Hydrothermal Treatment, Organosolv Treatment (Water/BuOH), Liquid-Liquid Extraction)
<Lignin solubilization>
Bagasse (residue after squeezing sugarcane juice) was used as the raw material, and the organosolv treatment conditions were solids after hydrothermal treatment/solvent = 1/10 (weight ratio), solvent: water/1-butanol = 8/1 (molar ratio).Otherwise, the same procedures as in Example 1 were carried out.

<液液抽出、酸化分解、生成物分析>
生成物分析に関して、固体成分の分析を割愛した。その他については、実施例1と同様に行った。
<Liquid-liquid extraction, oxidative decomposition, product analysis>
Regarding the product analysis, the analysis of the solid components was omitted. The rest of the analysis was carried out in the same manner as in Example 1.

比較例3(バガス、水熱処理、オルガノソルブ処理(水/BuOH)、濃縮法)
<リグニン可溶化>
実施例3と同様に行った。
Comparative Example 3 (Bagasse, Hydrothermal Treatment, Organosolv Treatment (Water/BuOH), Concentration Method)
<Lignin solubilization>
The same procedure as in Example 3 was followed.

<濃縮>
比較例1と同様に行った。
<Concentration>
The same procedure as in Comparative Example 1 was carried out.

<酸化分解>
原料には、実施例3で使用したのと同量の1-ブタノール可溶分(10mL)から得られた可溶化リグニン濃縮物0.62gを用い、溶媒として30mLの2mol/L水酸化ナトリウム水溶液に加えた。その他については、実施例3と同様に行った。
<Oxidative decomposition>
As the raw material, 0.62 g of solubilized lignin concentrate obtained from the same amount of 1-butanol soluble matter (10 mL) as used in Example 3 was used, and added to 30 mL of 2 mol/L aqueous sodium hydroxide solution as a solvent.

<生成物分析>
実施例3と同様に行った。
<Product Analysis>
The same procedure as in Example 3 was followed.

実施例3及び比較例3における液成分の分析結果
実施例3のリグニン可溶化工程後の1-ブタノール可溶分、実施例3における液成分、及び比較例3における液成分のそれぞれについて分析を行い、検出されたリグニン由来の生成物量(単位:C-mol%:リグニン炭素基準)を表3に示す。表3から明らかであるように、比較例3と比べると、実施例3ではリグニン由来の有用成分(フェノール類)がより多く得られた。なお、1-ブタノール可溶分には、その他のフェノール類(アルキルフェノール、アルキルメトキシフェノール及びアルキルカテコール)が含まれるが、更なる処理を行った実施例3及び比較例3における液成分には含まれなかった。
Analysis results of liquid components in Example 3 and Comparative Example 3 The 1-butanol soluble fraction after the lignin solubilization step in Example 3, the liquid components in Example 3, and the liquid components in Comparative Example 3 were each analyzed, and the amounts of lignin-derived products (unit: C-mol%: lignin carbon standard) detected are shown in Table 3. As is clear from Table 3, a larger amount of useful components derived from lignin (phenols) was obtained in Example 3 compared to Comparative Example 3. Note that the 1-butanol soluble fraction contains other phenols (alkylphenols, alkylmethoxyphenols, and alkylcatechols), but these were not contained in the liquid components in Example 3 and Comparative Example 3, which were subjected to further treatment.

実施例4(ヤナギ、水熱処理、オルガノソルブ処理(水/BuOH)、液液抽出法)
<リグニン可溶化>
原料にヤナギを用いた。その他については、実施例1と同様に行った。
Example 4 (willow, hydrothermal treatment, organosolv treatment (water/BuOH), liquid-liquid extraction method)
<Lignin solubilization>
Willow was used as the raw material. The rest of the experiment was carried out in the same manner as in Example 1.

<液液抽出、酸化分解、生成物分析>
生成物分析に関して、固体成分の分析を割愛した。その他については、実施例1と同様に行った。
<Liquid-liquid extraction, oxidative decomposition, product analysis>
Regarding the product analysis, the analysis of the solid components was omitted. The rest of the analysis was carried out in the same manner as in Example 1.

比較例4(ヤナギ、水熱処理、オルガノソルブ処理(水/BuOH)、濃縮法)
<リグニン可溶化>
実施例4と同様に行った。
Comparative Example 4 (willow, hydrothermal treatment, organosolv treatment (water/BuOH), concentration method)
<Lignin solubilization>
The same procedure as in Example 4 was followed.

<濃縮>
比較例1と同様に行った。
<Concentration>
The same procedure as in Comparative Example 1 was carried out.

<酸化分解>
原料には、実施例4で使用したのと同量の1-ブタノール可溶分(10mL)から得られた可溶化リグニン濃縮物0.12gを用い、溶媒として30mLの2mol/L水酸化ナトリウム水溶液に加えた。その他については、実施例4と同様に行った。
<Oxidative decomposition>
As the raw material, 0.12 g of solubilized lignin concentrate obtained from the same amount of 1-butanol soluble matter (10 mL) as used in Example 4 was used, and added to 30 mL of 2 mol/L aqueous sodium hydroxide solution as a solvent. The rest was the same as in Example 4.

<生成物分析>
実施例4と同様に行った。
<Product Analysis>
The same procedure as in Example 4 was followed.

実施例4及び比較例4における液成分の分析結果
実施例4のリグニン可溶化工程後の1-ブタノール可溶分、実施例4における液成分、及び比較例4における液成分のそれぞれについて分析を行い、検出されたリグニン由来の生成物量(単位:C-mol%:リグニン炭素基準)を表4に示す。表4から明らかであるように、比較例4と比べると、実施例4ではリグニン由来の有用成分(フェノール類)がより多く得られた。なお、1-ブタノール可溶分には、その他のフェノール類(アルキルフェノール、アルキルメトキシフェノール及びアルキルカテコール)が含まれるが、更なる処理を行った実施例4及び比較例4における液成分には含まれなかった。
Analysis results of liquid components in Example 4 and Comparative Example 4 The 1-butanol soluble fraction after the lignin solubilization step in Example 4, the liquid components in Example 4, and the liquid components in Comparative Example 4 were each analyzed, and the amounts of lignin-derived products (unit: C-mol%: lignin carbon standard) detected are shown in Table 4. As is clear from Table 4, a larger amount of useful components derived from lignin (phenols) was obtained in Example 4 compared to Comparative Example 4. Note that the 1-butanol soluble fraction contains other phenols (alkylphenols, alkylmethoxyphenols, and alkylcatechols), but these were not contained in the liquid components in Example 4 and Comparative Example 4, which were subjected to further treatment.

Claims (3)

(1)水と、脂肪族アルコール、ケトン及び環状エーテルからなる群より選ばれる有機溶媒との混合溶媒中で、植物系バイオマスを含有する原料を下記条件の下で処理して可溶化リグニンを得る可溶化工程と、
条件A:該原料の該溶媒に対する仕込み濃度が1質量%以上20質量%以下である
条件B:抽出温度が100℃以上350℃以下である
条件C:抽出時間が0.1時間以上10時間以下である
(2)可溶化リグニンが含まれる有機相を分液する第1分液工程と、
(3)該有機相にアルカリ金属又はアルカリ土類金属の水酸化物水溶液を加え可溶化リグニンを水溶化する水溶化工程と、
(4)水溶化された可溶化リグニンを含む水相を分液する第2分液工程と、
を備えるリグニン由来の有用成分の製造方法。
(1) a solubilization step of treating a raw material containing a plant biomass in a mixed solvent of water and an organic solvent selected from the group consisting of an aliphatic alcohol, a ketone, and a cyclic ether under the following conditions to obtain solubilized lignin;
Condition A: The concentration of the raw material in the solvent is 1% by mass or more and 20% by mass or less. Condition B: The extraction temperature is 100° C. or more and 350° C. or less. Condition C: The extraction time is 0.1 hours or more and 10 hours or less. (2) A first separation step of separating an organic phase containing solubilized lignin;
(3) a water-solubilizing step of adding an aqueous hydroxide solution of an alkali metal or alkaline earth metal to the organic phase to solubilize the solubilized lignin in water;
(4) a second separation step of separating an aqueous phase containing the solubilized lignin;
A method for producing a useful component derived from lignin, comprising:
前記有機溶媒は、0℃以上50℃以下において水と二相分離する炭素数4~10の脂肪族アルコールである、請求項1に記載の製造方法。 The method according to claim 1, wherein the organic solvent is an aliphatic alcohol having 4 to 10 carbon atoms that separates into two phases from water at temperatures between 0°C and 50°C. (5)第2分液工程で得られた水溶化された可溶化リグニンを、触媒の存在下で、酸化分解する酸化分解工程を更に備える、請求項1又は2に記載の製造方法。 (5) The method according to claim 1 or 2, further comprising an oxidative decomposition step in which the water-soluble lignin obtained in the second liquid separation step is oxidatively decomposed in the presence of a catalyst.
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